DE3918136A1 - METHOD FOR PRODUCING MANAGE-CONTAINING PHOSPHATE COATINGS ON METAL SURFACES - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING MANAGE-CONTAINING PHOSPHATE COATINGS ON METAL SURFACES

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DE3918136A1
DE3918136A1 DE3918136A DE3918136A DE3918136A1 DE 3918136 A1 DE3918136 A1 DE 3918136A1 DE 3918136 A DE3918136 A DE 3918136A DE 3918136 A DE3918136 A DE 3918136A DE 3918136 A1 DE3918136 A1 DE 3918136A1
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von manganhaltigen Phosphatüberzügen auf Oberflächen aus Stahl, verzinktem Stahl, Aluminium und/oder ihren Legierungen durch Spritzen oder Tauchen.The present invention relates to a method for producing manganese-containing phosphate coatings on surfaces made of steel, galvanized Steel, aluminum and / or their alloys by spraying or diving.

Zur Verbesserung des Korrosionsschutzes und der Lackhaftung werden Gebrauchsgüter wie Automobilkarossen, Automobilzubehör- und ersatzteile, landwirtschaftliche Geräte, Kühlschränke und jegliche Art von Kleinteilen nach sogenannten Niedrig-Zinkverfahren phosphatiert und anschließend meist kataphoretisch tauchlackiert. Derartige manganmodifizierte Zinkphosphatüberzüge als Haftgrund für moderne Lackieranlagen sind beispielsweise aus W. A. Roland und K.-H. Gottwald, Metalloberfläche, 1988/6 bekannt. Hier wird festgestellt, daß der Einsatz von Manganionen neben Zink- und Nickelionen in Niedrig-Zink-Phosphatierverfahren nachweislich den Korrosionsschutz verbessert, insbesondere bei Verwendung oberflächenveredelter Feinbleche. Der Einbau von Mangan in die Zinkphosphatüberzüge führt zu kleineren und kompakteren Kristallen mit höherer Alkalistabilität. Gleichzeitig wird die Arbeitsbreite von Phosphatierbädern erhöht; auch Aluminium kann im Verbund mit Stahl und verzinktem Stahl schichtbildend phosphatiert werden, wobei der allgemein erreichte Qualitätsstandard gewährleistet ist. Derartige Verbundwerteile, die aus verschiedensten Materialien, beispielsweise aus Aluminium und Stahl bestehen, werden im Automobilbau in neuerer Zeit in erhöhtem Maße eingesetzt. To improve corrosion protection and paint adhesion Consumer goods such as automobile bodies, automotive accessories and spare parts, agricultural equipment, refrigerators and any Type of small parts phosphated according to the so-called low-zinc process and then mostly cataphoretically dip-coated. Such Manganese modified zinc phosphate coatings as a primer for modern painting systems are for example from W.A. Roland and K.-H. Gottwald, metal surface, 1988/6 known. Here it is determined that the use of manganese ions in addition to zinc and Proven to be nickel ions in low-zinc phosphating processes Corrosion protection improved, especially when used surface-coated sheet. The incorporation of manganese in the Zinc phosphate coatings lead to smaller and more compact crystals with higher alkali stability. At the same time, the working width increased by phosphating baths; aluminum can also be combined with Steel and galvanized steel are phosphatized, whereby the generally achieved quality standard is guaranteed. Such composite parts, which are made from a wide variety of materials, For example, aluminum and steel are used in automotive engineering used more and more recently.  

Aus der EP-A 02 61 704 ist ein Verfahren zum Erzeugen von Phosphatüberzügen auf derartigen Oberflächen bekannt, wobei durch Spritzen oder Spritztauchen zur Bildung gleichmäßiger Phosphatschichten mit hohem Deckungsgrad mit einer Phosphatierungslösung gearbeitet wird, die neben Zink und Phosphat wenigstens einen Beschleuniger sowie eine genau einzuhaltende Menge an Fluoridionen aufweisen muß. Weiterhin ist gemäß der EP-A 02 61 704 der Gehalt an freier Säure (FS) gemäß einer dort genannten Formel einzustellen.EP-A 02 61 704 describes a process for producing phosphate coatings known on such surfaces, whereby by Spraying or splash-dipping to form even phosphate layers with a high degree of coverage with a phosphating solution in addition to zinc and phosphate, there is at least one accelerator as well as an exact amount of fluoride ions must have. Furthermore, according to EP-A 02 61 704, the content of free acid (FS) according to a formula mentioned there.

Demgegenüber ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung von Phosphatüberzügen auf Oberflächen aus Stahl, verzinktem Stahl, Aluminium und/oder ihren Legierungen bereitzustellen, das zu noch gleichmäßigeren Phosphatüberzügen führt, wobei zudem eine Änderung der Phosphatierungstechnologie nicht erforderlich sein sollte.In contrast, the object of the present invention is an improved one Process for the production of phosphate coatings on surfaces made of steel, galvanized steel, aluminum and / or their alloys to provide that to even more uniform phosphate coatings leads, with a change of Phosphating technology should not be required.

Die vorstehend genannte Aufgabe wurde gelöst durch ein Verfahren zum Erzeugen von manganhaltigen Phosphatüberzügen auf Oberflächen aus Stahl, verzinktem Stahl, Aluminium und/oder ihren Legierungen oder Aluminium-Stahl-Verbundwerkstoffen durch Spritzen oder Spritztauchen mit einer wäßrigen Lösung, enthaltend
0,8 bis 1,4 g/l Zn2+,
0,6 bis 2,0 g/l Mn2+,
0,3 bis 1,4 g/l Ni2+,
10 bis 25 g/l PO₄3-,
2 bis 10 g/l NO₃⁻,
0,2 bis 1,0 g/l F⁻ und
als Beschleuniger der Phosphatabscheidung
0,04 bis 0,12 g/l NO₂⁻,
0,6 bis 2,0 g/l ClO₃⁻ und/oder
0,2 bis 1,0 g/l Natrium-3-nitrobenzolsulfonat, wobei der Gehalt an freier Säure auf 1,4 bis 1,8 Punkte eingestellt wird und einen Gesamtsäuregehalt von 18 bis 30 aufweist.
The above object has been achieved by a process for producing manganese-containing phosphate coatings on surfaces made of steel, galvanized steel, aluminum and / or their alloys or aluminum-steel composites by spraying or spray-dipping with an aqueous solution
0.8 to 1.4 g / l Zn 2+ ,
0.6 to 2.0 g / l Mn 2+ ,
0.3 to 1.4 g / l Ni 2+ ,
10 to 25 g / l PO₄ 3- ,
2 to 10 g / l NO₃⁻,
0.2 to 1.0 g / l F⁻ and
as an accelerator of phosphate separation
0.04 to 0.12 g / l NO₂⁻,
0.6 to 2.0 g / l ClO₃⁻ and / or
0.2 to 1.0 g / l of sodium 3-nitrobenzenesulfonate, the free acid content being adjusted to 1.4 to 1.8 points and having a total acid content of 18 to 30.

Bekanntermaßen beträgt bei üblichen Niedrigzink-Verfahren der Gehalt an freier Säure etwa 0,6 bis 0,9 Punkte. Bei darüber hinaus erhöhten Werten bilden sich auf den so behandelten Metalloberflächen ungleichmäßige, nicht geschlossene Phosphatschichten; auf Stahl wird auch die Bildung von Flugrost beobachtet. Durch den Zusatz von Mangan wird in den fluoridhaltigen Phosphatierungsbädern prinzipiell eine Erhöhung des Gehalts an freier Säure ohne die erwähnten Nachteile möglich.As is known, the content in conventional low-zinc processes is of free acid about 0.6 to 0.9 points. With beyond increased values are formed on the metal surfaces treated in this way uneven, not closed phosphate layers; on Steel is also observed to form rust film. By the addition of manganese is used in the fluoride-containing phosphating baths in principle an increase in the free acid content without the mentioned Disadvantages possible.

Die Verwendung von Mangan in der Phosphatschicht hat bei den oben genannten Substratoberflächen verschiedene Vorteile.The use of manganese in the phosphate layer has been found in the above mentioned substrate surfaces various advantages.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß insbesondere bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Aluminiumoberflächen eine relativ geringe Menge an Fluorid eingesetzt werden kann, um optisch gleichmäßige Phosphatschichten zu erzielen.With the help of the present invention it has been found that in particular when using the method according to the invention on aluminum surfaces a relatively small amount of fluoride is used can be used to achieve optically uniform phosphate layers.

Bei der Oberflächenbehandlung von Stahl kann zur Bildung von Phosphophyllit bzw. Mangan-haltigem Phosphophyllit die bewährte Niedrigzink-Technologie beibehalten werden und gleichzeitig der Zinkgehalt ohne Qualitätseinbuße erhöht werden.Surface treatment of steel can lead to the formation of Phosphophyllite or manganese-containing phosphophyllite the proven Low zinc technology can be maintained while maintaining the Zinc content can be increased without loss of quality.

Auf verzinkten, legierungsverzinkten Stahlblechen und auf Aluminium führt die Verwendung von Mangan bei gleichzeitig erhöhtem Zinkgehalt durch den Manganeinbau in die Schicht bei nachfolgender Beschichtung mittels kataphoretischer Elektrotauchlackierung zu verbessertern Ergebnissen. Diese gleichzeitige Wechselwirkung der Gehalte von Zink und Mangan in der Phosphatierungslösung wurde überraschenderweise mit Hilfe der vorliegenden Erfindung gefunden.On galvanized, alloy-galvanized steel sheets and on aluminum leads to the use of manganese while increasing the zinc content due to the manganese incorporation in the layer in the subsequent Coating by means of cataphoretic electrocoating improved results. This simultaneous interaction of the  Levels of zinc and manganese were in the phosphating solution Surprisingly found with the help of the present invention.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandelnden Aluminium-Werkstoffe umfassen das reine Metall und dessen Legierungen. Als Beispiele seien daher Reinaluminium-, AlMg- und AlMgSi-Knetwerkstoffe genannt. Eine ausführliche Darstellung dieser Werkstoffe ist dem Aluminium-Taschenbuch, 14. Auflage, Aluminium-Verlag, Düsseldorf, 1983, zu entnehmen. Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zu behandelnden Stähle sind insbesondere Gebrauchsgüter wie Automobilkarossen, Automobilzubehör- und -ersatzteile, landwirtschaftliche Geräte, Kühlschränke und sonstige Arten von Kleinteilen, die üblicherweise in Form von Blechen Verwendung finden. Der Begriff "verzinkter Stahl" umfaßt Verzinkungen durch elektrolytische Abscheidung und Schmelztauch-Applikation und bezieht sich somit auf Zink und bekannte Zinklegierungen.The aluminum materials to be treated by the method according to the invention include the pure metal and its alloys. As Examples are therefore pure aluminum, AlMg and AlMgSi kneading materials called. A detailed description of these materials is the aluminum paperback, 14th edition, aluminum publishing house, Düsseldorf, 1983. With the help of Steels to be treated according to the method of the invention are in particular Consumer goods such as automobile bodies, automobile accessories and -spare parts, agricultural equipment, refrigerators and others Types of small parts that are usually used in the form of sheets Find. The term "galvanized steel" includes galvanizing by electrolytic deposition and hot-dip application and thus refers to zinc and known zinc alloys.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Spritz-Tauch-Modus muß die Spritzzeit derart gestaltet sein, daß eine weitgehend geschlossene Phosphatschicht ausgebildet wird.When carrying out the method according to the invention in spray-immersion mode the spraying time must be designed such that a largely closed phosphate layer is formed.

Moderne Volltauchanlagen zeichnen sich durch eine große Anzahl hintereinandergeschalteter Schritte aus. Der Begriff "Volltauchanlage" resultiert aus der Phosphatierung durch Tauchapplikation. Bei anderen Verfahrensschritten werden auch Spritzvorgänge durchgeführt, wobei nach dem Auftauchen der Karosse aus dem Tauchbad nachgespritzt wird. Wichtig für eine optimale Phosphatierung ist ein separater Aktivierungsschritt. Zur Vorreinigung und Aktivierung der zu phosphatierenden Schicht wird diese üblicherweise in mehreren Arbeitsgängen gereinigt, gespült und anschließend vor dem Phosphatieren aktiviert. Beispielsweise können hier Titanphosphat-haltige wäßrige Suspensionen eingesetzt werden. Modern full immersion systems are characterized by a large number consecutive steps. The term "full immersion system" results from the phosphating by dipping application. At other process steps, spraying operations are also carried out, being after the body emerged from the immersion bath is injected. It is important for optimal phosphating a separate activation step. For pre-cleaning and activation The layer to be phosphated is usually divided into several Operations cleaned, rinsed and then before the Phosphating activated. For example, titanium phosphate can be used here aqueous suspensions are used.  

Die Einhaltung der Konzentrationsbereiche gemäß dem Hauptanspruch ist essentieller Bestandteil für die Erzeugung von qualitativ hochwertigen, d. h. gleichmäßigen Phosphatüberzügen. Bei Unterschreitung der Konzentrationen werden die Schichten ungleichmäßig. Insbesondere nimmt ihre Eignung für die spätere Elektrotauchlackierung ab.Compliance with the concentration ranges according to the main claim is an essential component for the production of qualitative high quality, d. H. uniform phosphate coatings. At If the concentrations are undershot, the layers become uneven. In particular, their suitability for later Electro dip painting.

Die erfindungsgemäß genannten Fluoridkonzentrationen werden mit einer speziellen ionensensitiven Elektrode in gepufferter Lösung bei pH 5,3 gemessen. Daher sind diese Werte in keiner Weise vergleichbar mit den im Stand der Technik genannten Werten, in denen die Konzentration an Fluorid direkt in der Phosphatierungslösung gemessen wurde.The fluoride concentrations mentioned according to the invention are included a special ion-sensitive electrode in a buffered solution measured at pH 5.3. Therefore these values are in no way comparable with the values mentioned in the prior art, in which the concentration of fluoride directly in the phosphating solution was measured.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren gekennzeichnet durch den Einsatz einer wäßrigen Lösung, enthaltend 0,8 bis 1,0 g/l Zn2+,
0,8 bis 1,2 g/l Mn2+,
0,3 bis 0,8 g/l Ni2+,
14 bis 20 g/l PO₄3-,
3 bis 6 g/l NO₃⁻ und
0,3 bis 0,6 g/l F⁻.
In a preferred embodiment of the present invention, the process is characterized by the use of an aqueous solution containing 0.8 to 1.0 g / l Zn 2+ ,
0.8 to 1.2 g / l Mn 2+ ,
0.3 to 0.8 g / l Ni 2+ ,
14 to 20 g / l PO₄ 3- ,
3 to 6 g / l NO₃⁻ and
0.3 to 0.6 g / l F⁻.

Die mit Hilfe des obengenannten Verfahrens beschichteten Oberflächen können anschließend in bekannten Verfahren für die Elektrotauchlackierung eingesetzt werden. Demgemäß besteht eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Anwendung des Verfahrens zur Vorbereitung der Oberflächen für die Elektrotauchlackierung.The surfaces coated using the above method can then in known processes for the Electrocoating can be used. Accordingly, there is one Another embodiment of the present invention in use the procedure for preparing the surfaces for the Electro dip painting.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert.The invention is illustrated by the following examples.

Beispiel 1example 1

Innerhalb der üblichen Prozeßfolge mit den Stufen:
Reinigen, Spülen, (Aktivieren) Phospatieren, Spülen, Nachpassivieren, VE-Spülen, erfolgte die Konversionsbehandlung bei folgenden Badbedingungen entsprechend den drei Zusammensetzungen A, B und C:
Within the usual process sequence with the stages:
Cleaning, rinsing, (activating) phosphating, rinsing, re-passivation, VE rinsing, the conversion treatment was carried out under the following bath conditions in accordance with the three compositions A, B and C:

  • - Für Stahl kann zur Bildung von Phosphophyllit bzw. manganhaltigem Phosphophyllit die "Niedrigzink"-Technologie beibehalten und der Zinkgehalt ohne Qualitätseinbuße angehoben werden.- For steel, phosphophyllite or manganese-containing phosphophyllite is the "low zinc" technology maintained and the zinc content increased without loss of quality will.
  • - Auf verzinkten, legierungsverzinkten Stahlblechen und auf Aluminium erfolgt durch den Manganeinbau in die Schicht bei nachfolgender Beschichtung mit einer KET-Grundierung eine deutliche Verbesserung der Korrosionsschutzergebnisse (siehe Beispiel 2).- On galvanized, alloy-galvanized steel sheets and on aluminum takes place through the manganese incorporation in the layer in the following Coating with a KET primer is a clear one Improvement of the corrosion protection results (see example 2).

Die Bestimmung der flächenbezogenen Masse nach Anwendung der Verfahrensvariante A auf den einzelnen Substraten nach DIN 50 942 ergab folgende Meßwerte (Mittelwerte):The determination of the mass per unit area after application of the process variant A on the individual substrates according to DIN 50 942 following measured values (mean values):

Stahl St 1405 2,0 g/m²
Stahl, elektrolytisch verzinkt 2,4 g/m²
Aluminium (AlMg 0,4 Si 1,2) 2,8 g/m²
Aluminium (AlMg 4,5 Mn) 2,7 g/m²
Steel St 1405 2.0 g / m²
Steel, electrolytically galvanized 2.4 g / m²
Aluminum (AlMg 0.4 Si 1.2) 2.8 g / m²
Aluminum (AlMg 4.5 Mn) 2.7 g / m²

Durch Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) wurde der Mangangehalt der Phosphatschicht quantitativ bestimmt (Mittelwerte):The manganese content of the was determined by atomic absorption spectrometry (AAS) Phosphate layer determined quantitatively (mean values):

Stahl St 1405 6,4%
Stahl, elektrolytisch verzinkt 4,7%
Aluminium (AlMg 0,4 Si 1,2) 6,2%
Steel St 1405 6.4%
Steel, electrolytically galvanized 4.7%
Aluminum (AlMg 0.4 Si 1.2) 6.2%

Durch Röntgenbeugung werden bei den manganhaltigen Phosphatschichten keine neuen spezifischen Bande gefunden. X-ray diffraction shows the manganese-containing phosphate layers no new specific gang found.  

Mit Hilfe des VDA-Wechselklimatests (VDA-Prüfvorschrift 621 415) wurde die Korrosionsbeständigkeit der nachfolgend genannten Phosphatierungsbeschichtungen mit verschiedenen Substraten untersucht. Im Anschluß an die Beschichtung wurde ein Standardelektrophoresetauchlack (KET-Primer FT 85 7042 der BASF Farben und Lacke) eingesetzt.With the help of the VDA alternating climate test (VDA test specification 621 415) the corrosion resistance of the following Phosphating coatings with different substrates were examined. Following the coating, a standard electrophoresis dip paint was used (KET primer FT 85 7042 from BASF Farben und Lacke) used.

Die Prüfzeit des VDA-Wechselklimatests beträgt 5 bis 10 Runden. Innerhalb dieser Zeit wird das behandelte Substrat entsprechend der DIN 50 017 KFW einem Kondenswasser-Wechselklima ausgesetzt. Weiterhin wird innerhalb des Prüfzeitraums das Substrat eine bestimmte Zeit bei Raumtemperatur (18 bis 28°C) entsprechend DIN 50 014 gelagert. Weiterhin wird im Rahmen dieses Wechselklimatests ein Salzsprühtest nach DIN 50 021 durchgeführt.The test time of the VDA alternating climate test is 5 to 10 rounds. During this time, the treated substrate is made according to the DIN 50 017 KFW exposed to an alternating condensation water climate. Farther the substrate is determined within the test period Time at room temperature (18 to 28 ° C) according to DIN 50 014 stored. Furthermore, as part of this alternating climate test Salt spray test according to DIN 50 021 carried out.

Nach Abschluß der Prüfzyklen wurden die nachfolgenden Daten ermittelt.After the test cycles were completed, the following data were determined.

A Phosphatierungslösung, manganhaltig A Phosphating solution, containing manganese

B Phosphatierungslösung, manganfrei (Vergleich) B phosphating solution, manganese-free (comparison)

Claims (4)

1. Verfahren zum Erzeugen von manganhaltigen Phosphatüberzügen auf Oberflächen aus Stahl, verzinktem Stahl, Aluminium und/oder ihren Legierungen oder Aluminium-Stahl-Verbundwerkstoffen durch Spritzen oder Spritztauchen mit einer wäßrigen Lösung, enthaltend
0,8 bis 1,4 g/l Zn2+,
0,6 bis 2,0 g/l Mn2+,
0,3 bis 1,4 g/l Ni2+,
10 bis 25 g/l PO₄3-,
2 bis 10 g/l NO₃⁻,
0,2 bis 1,0 g/l F⁻ und
als Beschleuniger der Phosphatabscheidung
0,04 bis 0,12 g/l NO₂⁻,
0,6 bis 2,0 g/l ClO₃⁻ und/oder
0,2 bis 1,0 g/l Natrium-3-nitrobenzolsulfonat, wobei der Gehalt an freier Säure auf 1,4 bis 1,8 Punkte eingestellt wird und die Lösung einen Gesamtsäuregehalt von 18 bis 30 aufweist.
1. A method for producing manganese-containing phosphate coatings on surfaces made of steel, galvanized steel, aluminum and / or their alloys or aluminum-steel composites by spraying or spray-dipping with an aqueous solution containing
0.8 to 1.4 g / l Zn 2+ ,
0.6 to 2.0 g / l Mn 2+ ,
0.3 to 1.4 g / l Ni 2+ ,
10 to 25 g / l PO₄ 3- ,
2 to 10 g / l NO₃⁻,
0.2 to 1.0 g / l F⁻ and
as an accelerator of phosphate separation
0.04 to 0.12 g / l NO₂⁻,
0.6 to 2.0 g / l ClO₃⁻ and / or
0.2 to 1.0 g / l of sodium 3-nitrobenzenesulfonate, the free acid content being adjusted to 1.4 to 1.8 points and the solution having a total acid content of 18 to 30.
2. Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Lösung, enthaltend
0,8 bis 1,0 g/l Zn2+,
0,8 bis 1,2 g/l Mn2+,
0,3 bis 0,8 g/l Ni2+,
14 bis 20 g/l PO₄3-,
3 bis 20 g/l PO₄3-,
3 bis 6 g/l NO₃⁻ und
0,3 bis 0,6 g/l F
einsetzt.
2. The method according to claim, characterized in that one containing an aqueous solution
0.8 to 1.0 g / l Zn 2+ ,
0.8 to 1.2 g / l Mn 2+ ,
0.3 to 0.8 g / l Ni 2+ ,
14 to 20 g / l PO₄ 3- ,
3 to 20 g / l PO₄ 3- ,
3 to 6 g / l NO₃⁻ and
0.3 to 0.6 g / l F
starts.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphatüberzüge auf Aluminium-Stahl-Verbundwerkstoffen erzeugt werden.3. Process according to claims 1 to 2, characterized in that which produces phosphate coatings on aluminum-steel composites will. 4. Anwendung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 3 zur Vorbereitung der Oberflächen für die Elektrotauchlackierung.4. Application of the method according to claims 1 to 3 for preparation of surfaces for electrocoating.
DE3918136A 1989-06-03 1989-06-03 METHOD FOR PRODUCING MANAGE-CONTAINING PHOSPHATE COATINGS ON METAL SURFACES Withdrawn DE3918136A1 (en)

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